Archiv der Kategorie: Allgemein

1. autarke "E-Bike Garage"

Erster Blick auf die E-Bike Garage

In Bochum steht die erste autarke „E-Bike Garage“ Deutschlands. In der neu konstruierten E-Bike Garage stecken eher unscheinbare Innovationen, die aber die städtische Mobilitätswende voranbringen. Durch die E-Bike Garage wird das Fahrradfahren zur Arbeit oder zum Einkauf komfortabler, verlässlich und sicher. Und durch die autarke Konstruktion ist die E-Bike Garage extrem flexibel aufstellbar – das ist einzigartig. Ein erster Blick im Video…
Weiterlesen

E-Bike Garage wird von Bochumer Start-Up gebaut

In Bochum startet die Serienfertigung der „E-Bike Garage“. Produziert wird sie in Bochum-Gerthe von einem ganz besonderen Start-Up Unternehmen.

Bei der Firma GEMBO laufen die Vorbereitungen für die Serienfertigung von fünf E-Bike Garagen. Vor einigen Tagen wurde die Werkstatt im Bochumer Energie-Effizienzzentrum im Stadtteil Gerthe aufgebaut. Die mobile E-Bike Garage bietet Stellplatz für 6 Pedelecs (Fahrrad mit elektrischem Zusatzantrieb) oder E-Bikes.

Produktion bei GEMBO läuft

Produktion bei GEMBO läuft

Der Name GEMBO steht für Gesellschaft für emissionsfreie Mobilität. Damit ist das Motiv der Inhaber Wolfgang Rode und Thomas Rinke auch schon beschrieben. Die beiden Techniker haben das Projekt unter Begleitung vom Verein ruhrmobil-E zusammen mit Schülern entwickelt. Vor zwei Jahren wurde ein Prototyp aufgebaut. Er steht heute voll funktionsfähig vor der technischen Berufsschule am Ostring, ganz nahe am Hauptbahnhof Bochum. Jeder kann sie dort bereits ausprobieren.Logo E bike garage

Thomas Rinke

Thomas Rinke

Wolfgang Rode

Der Maschinenbauer Rinke und Elektrotechniker Rode machen sich mutig mit dem Start-Up Unternehmen GEMBO selbstständig. Sie haben die gesamte Konstruktion neu erstellt, sowie die Produktionsanlagen entwickelt und aufgebaut. Dabei setzen sie zunächst ganz auf die innovative E-Bike Garage als erstes Produkt, das in Deutschland in dieser Form einzigartige Vorteile bietet. Die zunächst fünf Garagen sollen in den kommenden 18 Monaten gebaut und im Stadtgebiet aufgestellt werden. Künftig wird das Nutzerverhalten und deren Bedürfnisse getestet.

Die öffentliche Vorstellung ist zum Ende der Ferienzeit im August geplant.

Der Verein für Elektromobilität, ruhrmobil-E e.V. hat das Projekt E-Bike Garage von Beginn an unterstützt und wird die Evaluierungsphase aktiv mit Informationen für die Öffentlichkeit aktiv begleiten und vorantreiben. Als Netzwerk zur Förderung von Elektromobilität setzen wir uns mit regelmäßigen Netzwerktreffen, Informationsveranstaltungen, Probefahrten, Hintergrundtreffen und einem umfangreichen Medienangebot für nachhaltige Mobilität ein. Weiterlesen

So machen E-Bikes dem Auto Konkurrenz

Logo E bike garage

In Bochum wird seit Beginn der Sommerferien an der Serienfertigung der „E-Bike Garage“ gearbeitet. Sie soll Teil einer zukunftsorientierten städtischen Mobilitätsstrategie werden: E-Bikes (Pedelec) als Alltagsfahrzeug – im täglichen Berufs-, Einkaufs- und Freizeitverkehr. Auftraggeber ist die Stadt Bochum. Produziert wird sie in Bochum-Gerthe von einem Start-Up Unternehmen.

Die mobile E-Bike Garage bietet Stellplatz für 6 Pedelecs (Fahrrad mit elektrischem Zusatzantrieb) oder E-Bikes. Sie können in Einzelkabinen eingestellt und per normaler Steckdose (Schuko) mit dem eigenen Ladegerät „betankt“ werden. Den Strom liefert die Sonne per Solardach. So kann die E-Bike Garage unabhängig von einer Stromversorgung sehr flexibel aufgestellt werden.

Zeichnung: So wird die e-Bike Garage aussehen

So wird die e-Bike Garage aussehen

Der Verein für Elektromobilität, ruhrmobil-E e.V. hat das Projekt E-Bike Garage von Beginn an unterstützt und wird die Evaluierungsphase aktiv mit Informationen für die Öffentlichkeit aktiv begleiten und vorantreiben.

E-Bike Garage aus Bochum bietet:
sicheren Stellplatz und Strom für den Akku

Der Prototyp, entwickelt auf Basis eines einfachen Bürocontainers, stand schon auf dem Zeltfestival Ruhr und beim Fahrradsommer der Industriekultur vor der Bochumer Jahrhunderthalle. So konnten schon so einige Bochumer das Konzept testen. Der besondere Vorteil für die Nutzer ist, dass sie per Internet nachschauen können, ob ein Stellplatz frei ist. Zudem können sie per Handy die Türen öffnen, das Rad sicher abstellen und den Akku aufladen.

Prototyp der E-Bike Garage
Foto © Wolfgang Rode

Für die Stadt Bochum liegen die Vorteile in der flexiblen Bauweise. Die aus stabilen Aluelementen gefertigten Garagen lassen sich leicht an jedem gewünschten Ort aufstellen, solange dort Bedarf besteht und danach schnell und kostengünstig versetzen. Ein Stromanschluss oder andere aufwändige Arbeiten sind durch die innovativen Ideen die in der E-Bike Garage stecken vor Ort nicht notwendig. Weiterlesen

Netzwerksitzung ruhrmobil-E Mai 2018

Unsere Mai-Netzwerksitzung wird am 7. Mai 2018 um 18 Uhr im EnergieEffizienzZentrum Bochum, Lothringer Allee 2, 44805 Bochum stattfinden. Wir freuen uns sehr, daß erstmals die Auktora GmbH unser Gastgeber sein wird. Die Auktora GmbH ist vor Ort im EEZ ansässig und der Geschäftsführer Thierry Wilmes wird uns spannende Einblicke in die Welt von Auktora geben. Christof Weiser leitet das EnergieEffizienzZentrum Bochum und wird über den Standort des EEZ referieren. Es ist ein Inkubator für Unternehmen und Existenzgründer des Zukunftsfeldes Energieeffizienz. Es wurde auf dem Gelände des ehemaligen Bogestra-Straßenbahndepots in Bochum-Gerthe errichtet und wird momentan schrittweise umgebaut.

Anreise zum EEZ:
ÖPNV: Die 308/318 hält an der Haltestelle „Punges Feld“, direkt vor der Tür.

Auto: Den Castroper Hellweg Richtung Castrop-Rauxel fahren und dann an der 308 / 318 Haltestelle Handwerksweg rechts einbiegen.

Hinweis zur Veranstaltung:

Aus den vielen interessanten Events in der kommenden Sommerzeit möchten wir unseren Elektromobilitätstag am 22.9.2018 in der Bochumer Innenstadt besonders hervorheben. Wir zeigen wieder die Vielfalt der Elektromobilität und Erneuerbaren Energien. Probefahrten und unser Rahmenprogramm bieten Spaß für die ganze Familie. Dieses Jahr wird der Elektromobilitätstag zudem Teil der RVR Klimawochen sein. Das bedeutet für die Aussteller eine noch größere Wahrnehmung in den Medien und bei den Zuschauern, und für die Teilnehmer wieder viele Überraschungen und Highlights.

Wenn Sie Aussteller werden möchten, melden Sie sich bitte bis zum 30.5.2018 an! Wir freuen uns auf Sie!

Für den Elektromobilitätstag und für die Teilnahme an unserer Mai-Netzwerksitzung schreiben Sie uns bitte ein Mail an die Adresse info@ruhrmobil-E.de.

Vielen Dank!

Mit elektrisierenden und sonnigen Grüßen,

Katja Nikolic
ruhrmobil-E e.V.

Januar-Netzwerksitzung ruhrmobil-E 2018

Frohes Neues Jahr! Wir möchten Sie herzlich zu der ersten Netzwerksitzung des Jahres, am 15.01.2018 um 18:00 Uhr im Technischen Rathaus in Witten (Annenstraße 111b, 58453 Witten) einladen. Wir werden zunächst einen Vortrag von der Klimaschutzmanagerin der Stadt Witten, Frau Sonja Eisenmann, zum Thema Klimaschutz und nachhaltig orientierte Projekte in Witten hören. Es ist unser zweiter Besuch im Technischen Rathaus und wir sind gespannt auf alle Neuigkeiten. Im Anschluss erhalten wir einen spannenden Rückblick auf die SolarCar Challenge in Australien des letzten Jahres. Christina Beckermann arbeitet im Technischen Rathaus und hat die Tour in Australien live miterlebt. Wir freuen uns auf Ihren Bericht.

Über eine rege Beteiligung würden wir uns freuen. Bitte melden Sie sich unter info@ruhrmobil-E.de an.

SolarCar der Hochschule Bochum, der Start Foto: Christina Beckermann

SolarCar der Hochschule Bochum, der Start
Foto: Christina Beckermann

Mobilität, Digitalisierung und Gesundheit – die IHK Mittleres Ruhrgebiet zeigte die Trends der Zukunft

Diskussion Mobilitätsrunde Foto: Katja Nikolic

Diskussion Mobilitätsrunde  Foto: Katja Nikolic

Auf dem „Zukunftstag“ am 11.09.2017 von 10-14 Uhr zeigte die IHK Mittleres Ruhrgebiet „die 12 Mega-Trends der Zukunft“, darunter die Themen Mobilität, Gesundheit, Digitalisierung, neue/alte Rollenbilder und Globalisierung. Konzipiert wie ein Tag der offenen Tür, konnten die Besucher die einzelnen Themen spielerisch in den Räumen der IHK in Bochum erfahren. Die IHK Mittleres Ruhrgebiet hat in Witten, Bochum, Herne und Hattingen insgesamt rund 27 000 Mitgliedsunternehmen mit 217 000 Beschäftigten.
Es nahmen an dem Tag sowohl einige Fachbesucher, wie Bürger aus der Umgebung an der unkonventionellen und lockeren Veranstaltung teil. Die hohe Teilnehmerzahl war sicher auch dem überlebensgroßen Plakat an der Hauswand der IHK in Bochum geschuldet, welches die 58 Köpfe der IHK vor Ort zeigte. Es stellte die Mitarbeiter in den Focus, die die präsentierten Wissensgebiete sehr engagiert in Gruppen bearbeitet hatten. Sie luden die Besucher schon im Eingang des Gebäudes aktiv zum Mitmachen ein. „Was ist für Sie Zukunft?“ wurde ich, die ich in Vertretung für ruhrmobil-E teilnahm, vor dem Treppenaufgang gefragt und sollte eine Antwort dazu auf einer gläsernen Wand notieren (eine saubere Mobilität natürlich 😉 )
Der Themenbereich „Mobilität“ befand sich im Erdgeschoss des Gebäudes und war in einen Innen- und Außenbereich gegliedert. Die Diskussionsleiterin lud Michael Teupen (JEWO), Jürgen Böttcher (Bogestra) und Ernesto Ruge (ruhrmobil-E) zu einer Diskussionsrunde zum Thema Mobilität ein, die am Ende durch einige Zuschauerfragen vielseitig gespeist wurde. Es wurden alle Mobilitätsformen beleuchtet und Jürgen Böttcher nahm zu der Technik der Hybridbusse der Bogestra Stellung. Auch ein Blick in die Zukunft in Bochum durfte nicht fehlen: „Was können wir, die IHK Mittleres Ruhrgebiet, für eine bessere und saubere Mobilität in Bochum tun?“ fragte die Diskussionsleiterin. Michael Teupen antwortete hier in seiner Funktion als erstem Vorsitzenden von ruhrmobil-E, dem Verein für Elektromobilität aus Bochum. „Führen Sie den guten Kontakt und die Zusammenarbeit der IHK mit ruhrmobil-E fort. Wie diese im Detail aussieht, werden wir sehen. Zusammen können wir, wie in der Vergangenheit, auch in Zukunft viel bewegen.“

Ernesto Ruge auf dem Segway Foto: Katja Nikolic

Ernesto Ruge auf dem Segway Foto: Katja Nikolic

Die praktische Umsetzung des Mobilitätsgedankens war im Anschluss im Außenbereich möglich. Hier konnten die Segways (der IHK) auf einem Parcours ausprobiert werden. JEWO beantwortete Fragen zu seinen E-Bikes und dem Tesla. In Zukunft werden noch einige neue Fragen auftauchen, denen wir uns als Bürger und Unternehmen stellen müssen, das hat der Zukunftstag der IHK Mittleres Ruhrgebiet gezeigt. Doch gerade im Bereich Mobilität hat Bochum gute Chancen, besser, umweltfreundlicher und nachhaltiger zu werden. Packen wir es gemeinsam an!

Feinstaub: Woher kommt er, wie gefährlich ist er und wie kann man ihn messen?

Zusammenfassung

Dieser Artikel stellt einige Kernaspekte der Verursachung, Wirkung, Messung, Belastung und Einflussgrößen von atmosphärischem Feinstaub dar. Er gibt dabei einen groben Überblick, bietet aber durch die Quellangaben am Ende jedem die Möglichkeit, tiefer in die Materie einzusteigen.

Das Wissen über die hier dargestellten Zusammenhänge sind für das Verständnis des Projektes zur Feinstaubmessung so grundlegend, dass jeder Projektbeteiligte sich die Zeit nehmen sollte, sie zu erkunden.

So ist Feinstaub unter anderem anhand seines aerodynamischen, und nicht seines tatsächlichen Durchmessers definiert. Der aerodynamische Durchmesser ist als Vergleichswert geeignet, da er den Vergleich auch geometrisch unterschiedlicher Partikel ermöglicht.

Quellen für Feinstaub sind nicht nur vom Menschen verursacht (anthropogen) sondern auch natürlich bedingt (Pollen, Pilzsporen). Neben den primären Feinstäuben, die am Entstehungsort direkt und punktuell emittiert werden, existieren sekundäre Feinstäube, die erst durch Vorläufersubstanzen in der Atmosphäre neu entstehen. Die Vorläufersubstanzen können dabei vom Menschen verursacht sein.

Feinstaub wirkt auf den Menschen, aber nicht nur auf diesen. Der wichtigste Wirkungsweg beim Menschen ist der Atemweg. Über diesen werden täglich mindestens 20.000 Litern Luft und der darin enthaltene Feinstaub aufgenommen. Je kleiner der Feinstaub, umso tiefer dringt er in die Lunge ein und kann bei Partikel < 2,5μm (PM2.5) bis in die Aveolen vordringen. Noch feinere Partikel treten in die Blutbahn über, wo sie Entzündungen verursachen.

Dies führt deutschlandweit zu geschätzten 45.000 Todesfällen durch Feinstaub, bedingt durch Herz- Kreislauf-Erkrankungen und Lungenkrebs.

Es gibt zahlreiche Verfahren zur Messung von Feinstaub, die sich in kontinuierliche und diskontinuierliche Methoden einteilen lassen. Das im Projekt verwendete kontinuierliche Verfahren beruht auf der Streuung von Laserlicht an Staubpartikeln. Da bei Immissionsmessungen die Zusammensetzung des Feinstaubs und daher seine optischen Eigenschaften nicht bekannt sind, ist die Messung mit einer hohen Fehlerquote behaftet. Durch Luftfeuchtigkeit quellen manche Partikel auf, so dass auch hier eine Störung der Messung stattfindet.

Neben der Emissionsmenge oder der atmospärischen Neusynthese von Feinstaub gibt es weitere Einflussgrößen, welche die tatsächliche Konzentration beeinflussen. Einen wesentlichen Einfluss hat die Wetterlage, z.B. die Stabilität der Atmosphäre, welche von der aktuellen Temperaturänderung mit der Höhe in Vergleich zur trochen- bzw. feuchtadiabatischen Temperaturänderung abhängt.

Eine Extremfall der stabilen Schichtung ist die Inversionswetterlage, die zu einer starken Anreicherung von Schadstoffen in der bodennahen Atmosphäre führen kann.

Der Wind beeinflusst ebenfalls die Konzentration, da ein starker Wind für eine gute Durchmischung sorgt und ggf. Frischluft in die Stadt bringt. Die Stärke des Windes wird von der Rauhigkeitslänge des Geländes beeinflusst, so dass in der Stadt mit einer großen Rauhigkeitslänge bodennah weniger Wind herrscht als in der freien Landschaft.

Regen als Niederschlag wirkt wie eine Waschanlage der Luft. Nach einem Regenereignis ist die Feinstaubkonzentration deutlich geringer als vorher. Dieser Effekt hält auch wenige Tage nach dem letzten Regenereignis an.

Was ist Feinstaub?

Die Definition allein ist nicht einfach, da unterschiedliche Ansätze in der Literatur zu finden sind. In Deutschland existiert als gesetzlicher Rahmen zur Immission von Feinstaub und anderer Stoffe das Bundes-Immissonsschutzgesetz und die dazu gehörende mittlerweile „Neununddreißigste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes. Verordnung über Luftqualitätsstandards und Emissionshöchstmengen (39. BimSchV)“.

Fachlichen Diskussionen finden vor dem Hintergrund dieser Verordnung statt, in welcher zwischen PM10 und PM2.5 Partikel unterschieden wird. Diese sind in der 39. BimSchV wie folgt definiert:

PM10 sind Partikel, die einen größenselektierenden Lufteinlass passieren, der für einen aerodynamischen Durchmesser von 10 Mikrometern einen Abscheidegrad von 50 Prozent aufweist

und

PM2,5 sind Partikel, die einen größenselektierenden Lufteinlass passieren, der für einen aerodynamischen Durchmesser von 2,5 Mikrometern einen Abscheidegrad von 50 Prozent aufweist

Warum wird hier der aerodynamischem Durchmesser verwendet und nicht der tatsächliche? Worin unterscheiden sich diese?

Das wird deutlich, wenn man Feinstaub unter dem Mikroskop betrachtet (Abbildung 2). Der Staub ist selten kugelig geformt sondern oft eher vieleckig, oval, länglich. Hinzu kommt, das die Dichte von Staubpartikeln unterschiedlich ist (Rußpartikel anders als Metallstaub). Um aber Feinstaubmessungen bei verschiedenen Stäuben vergleichen zu können, wird nicht der tatsächliche Durchmesser verwendet (der ja auch nur bei Kugeln gegeben ist), sondern eine Hilfsgröße, eben der aerodynamische Durchmesser.

„Der aerodynamische Durchmesser ist als abstrakte Größe zur Beschreibung des Verhaltens eines gasgetragenen Partikels eine Hilfsgröße in der Partikelmesstechnik.

Der aerodynamische Durchmesser ist definiert als der Durchmesser eines kugelförmigen Partikels mit der Dichte 1 g/cm3, der dieselbe Sinkgeschwindigkeit aufweist wie das zu betrachtende Partikel.“ [WIKIP 1]

Anzumerken ist, dass zum Feinstaub nicht nur feste Stoffe gehören sondern auch bei Lufttemperatur flüssige Stoffe, die als Aerosole ebenfalls Bestandteil der Luft sind.

Woher kommt Feinstaub?

Zum einen entsteht Feinstaub durch Prozesse, die der Mensch betreibt, unmittelbar. So kann es sich um die Verbrennung von Diesel in einem Dieselmotor, die Verbrennung von Holz in einem Kamin oder andere Verbrennungsprozesse handeln. Auch der Reifenabrieb im Straßenverkehr gehört dazu.

Weitere Prozesse sind die Schüttung von oder das Hantieren mit mineralischen Stoffen, wie Steine, Erden oder Zement, die in trockenem Zustand zu einer Freisetzung von Feinstaub führen.

Neben diese von Menschen verursachten (anthropogenen) Feinstäuben existieren auch solche natürlichen Ursprungs, wie z.B. Pollen oder Pilzsporen die innerhalb der Jahreszeiten unterschiedlich stark emittiert werden.

Alle diese Feinstäube werden am Ort ihrer Entstehung freigesetzt und somit als primärer Feinstaub bezeichnet.

Zum anderen entstehen durch chemische Prozesse in der Atmosphäre aus zwei oder mehreren Ausgangsstoffen neue Verbindungen, die ebenfalls Feinstaubcharakteristik aufweisen (sekundäre Feinstäube).

  • Primäre Feinstäube: Am Entstehungsort freigesetzte Feinstäube
    • anthropogen: Strassenverkehr, Schiffsmotoren, Reifenabrieb, Schüttungen
    • natürlich: Pollen, Pilzsporen, Viren
  • Sekundäre Feinstäube: Freisetzung von Vorläufersubstanzen, Neusynthese in der Atmosphäre
    • Ausgangsstoffe teils anthropogen, z.B. Ammoniak aus der Gülleausbringung der Massentierhaltung
Abbildung 1: Quellen von Feinstaub.

Abbildung 1: Quellen von Feinstaub.

Die verschiedenen Quellen der primären Feinstäube sind in Abbildung 1 dargestellt. In Abbildung 2 sind Pollen dargestellt. Man erkennt sehr gut, dass sie nicht nur unterschiedlich groß sind sondern vor allem auch unterschiedliche Formen und Oberflächenstrukturen aufweisen.

Abbildung 2: Pollen unterschiedlicher Form und Größe

Abbildung 2: Pollen unterschiedlicher Form und Größe

Welche Menge an Feinstaub oder dessen Vorläufersubstanzen werden freigesetzt?

Nach dieser qualitativen Betrachtung der Feinstaubquellen muss auch eine quantitative Betrachtung erfolgen. Zu den anthropogenen primären Feinstäuben hat das Umweltbundesamt statistische Zahlen bezogen auf das Bundesgebiet veröffentlicht (Abbildung 3). Man erkennt, dass bei PM10 die absolute Menge der Emissionen von 316.000 Tonnen in 1995 auf 221.000 Tonnen in 2014 zurückgegangen ist. Man erkennt außerdem den unterschiedlichen Anteil, den die verschiedenen Quellen an dieser Tonnage haben und wie sich ihr Verhältnis zueinander entlang der Jahre verändert.

Abbildung 3: Staub (PM10)-Emissionen nach Quellkategorien [UBA 1]

Bei den sekundären Feinstäuben, also solche, die erst durch chemische Vorgänge in der Luft entstehen, hat die Deutsche Umwelthilfe (DUH) Zahlen zur Emission der Vorläufersubstanz Ammoniak veröffentlicht. Die DUH bezieht sich dabei auf eine Studie des Institute for Advanced Sustainability Studies (IASS), Potsdam, aus 2016, in der eine Emission von 671.000 Tonnen Ammoniak p.a. genannt sind [IASS 1]. Eine Einschätzung hingegen, wie viel davon letztlich zu einer entsprechenden Mengen an Feinstaub synthetisiert wird, fehlt in der Studie. Möglicherweise fehlen hier entsprechende Forschungsergebnisse. Abbildung 3: Staub (PM10)-Emissionen nach Quellkategorien [UBA 1]

Wie wirkt Feinstaub?

Im Rahmen dieses Beitrags, das vorab erwähnt, wird nur von der Wirkung auf den Menschen gesprochen. Eine Wirkung auf Tiere oder Pflanzen wird hier nicht betrachtet, obwohl sie vorhanden ist.

Bei der Wirkung auf den Menschen ist entscheidend, von welchem Wirkungsweg man ausgeht. Auch hier wird in diesem Artikel nur der Wirkungsweg „Atemweg“ betrachtet. Aufnahme von Partikeln über die äußere Haut oder durch Verschlucken sind nicht Gegenstand der Betrachtung.

Wirkung über den Atemweg

Betrachtet man den Atemwege als Eintrittspforte, so kann man basierend auf dem Atemvolumen und der Atemfrequenz im Ruhezustand eines Erwachsenen errechnen, dass pro Tag ca. 20.000 Liter Luft eingeatmet wird [LUNG 1]. Bei körperlicher Belastung kann diese Menge auf das 10fache ansteigen.

Aus der Menge der eingeatmeten Luft und der Konzentration der Feinstäube in diese Luft ergibt sich die aufgenommene Menge.

Innerhalb des Atemweges gelangen die Partikel unterschiedlich tief in die Lunge. Partikel > 2.5μm werden im Nasen-Rachenraum und den oberen Bronchen abgefangen und ggf. durch die Flimmerhärchen wieder nach oben transportiert.

Partikel < 2,5μm sind Lungen- und letztlich alveolengängig. Ultrafeine Staubpartikel gelangen durch die Alveolenwand (Abbildung 4) schließlich in die Blutbahn und werden somit im Körper verdriftet.

Abbildung 4: Alveolen der Lunge

Hier richten Sie als Fremdkörper ihre wahres Unheil an, indem sie als Fremdkörper ein Abwehrreaktion des Körpers hervorrufen und somit zu Entzündungen im Blutsystem führen. Sie setzen es unter Stress und können Ursache für Schlaganfälle und ähnliches sein (Abbildung 5).

Abbildung 5: Blutgerinnsels, das zu einer Embolie führt

Verschiedene vom LANUV genannte Kohortenstudien weise allen in dieselbe Richtung. Feinstaub führt bei einer Langzeitbelastung zu einer Zunahme von Herz-Kreisklauf-Erkrankungen und den damit verbundenen Todesursachen [LANUV 1].

Eine dieser Kohortenstudien wurde auch im Ruhrgebiet durchgeführt [LANUV 2].

Das Umweltbundesamt spricht von ca. 45.000 geschätzten Todesfällen durch Feinstaub jährlich auf die Bundesrepublik bezogen [UBA 2]. Als weitere wichtige Todesursache in Folge von Feinstaub ist Lungenkrebs zu nennen. Diese Fallzahlen sind in der o.g. Zahl von 45.000 enthalten.

Wie wird Feinstaub gemessen?

Es gibt eine Vielzahl von Messmethoden für Feinstaub, die sich anhand ihres Messprinzips wie folgt einteilen lassen:

  • Mikroskopische Verfahren
  • Verfahren mittels Wechselwirkung mit Licht
  • Verfahren basierend auf elektrischen Eigenschaften
  • Sedimentation
  • Sortierung und Klassifikation

Des weiteren kann man die Methoden in zwei Gruppen aufteilen. Die erste Gruppe umfasst die zeitlich kontinuierlichen, die Zweite die nicht kontinuierlichen Einzelmessungen. Bei letzteren wird i.d.R. eine Menge an Feinstaub ermittelt, die über einen bestimmten Zeitraum angefallen ist, also eine Feinstaubsumme über die Zeit [MICRO 1].

Auf alle dieser unterschiedlichen Methoden einzugehen, würde den Rahmen dieses Artikels übertreten. Es wird daher nun ein häufig bei kontinuierlichen Messungen verwendetes Verfahren, das Laser-Streulicht-Verfahren, dargestellt, da es auch in diesem Projekt zum Einsatz kommt.

Wie funktioniert das Laser-Streulicht-Verfahren?

Bei der Messung mittels Laser durchströmen, durch eine Pumpe oder Lüfter verursacht (rechter Bereich von Abbildung 6) die unterschiedlichen Feinstaubpartikel eine Messkammer, durch die ein Laserstrahl bekannter Wellenlänge und Stärke gesendet wird. Verschiedene optische Anordnungen enden das von den Partikeln beeinflusste Licht an einen Photodetektor, dessen Signalhöhe von der Konzentration der Partikel näherungsweise abhängt.

Abbildung 6: Aspekte der Feinstaubmessung mit Laserstrahlen

Betrachtet man ein einzelnes Feinstaubpartikel unter einem Mikroskop, so kann man folgende Eigenschaften beschreiben: Farbe, Form, Transparenz, Oberflächenstruktur. Diese haben, wie im linkten Bereich von Abbildung 6 zu sehen, unterschiedlichen Einfluss auf die Art, wie auftreffendes Licht, sei es von einem Laser, reflektiert, gebrochen oder gestreut wird. Ein blaufarbiger Partikel wird orangefarbiges Licht anders absorbieren oder reflektieren als ein rotfarbiger. Ein transparentes Partikel, z.B. Quarzstaub, kann vom Laserstrahl auch durchdrungen werden, woraus ein anderes optisches Verhalten resultiert als bei einem Rußpartikel, welcher undurchsichtig ist.

Aus diesem Grund werden Feinstaubsensoren diesen Typs anhand eines Staubes bekannter Zusammensetzung und Konzentration kalibriert.

Aus dem Signal des Photodetektor kann dann, nachdem eine Kalibrierung durchgeführt wurde, auf die Konzentration geschlussfolgert werden.

Wie genau sind die Messwerte?

Bei der kontinuierlichen Messung mittels Laser gibt es viele Störfaktoren. Bei der Immissionsmessung können z.B. keine Vorhersagen zur konkreten Zusammensetzung des Staubs und dessen konkreten optischen Eigenschaften gemacht werden. Diese Eigenschaften beeinflussen aber das auf den Sensor auftreffende Streulicht enorm. Die bei anderen Messverfahren üblichen akzeptierten 5% Ungenauigkeit werden hier deutlich überschritten.

Außerdem ist zu beachten, dass bei einigen Messverfahren der Luftstrom zunächst getrocknet wird, bevor er auf den Sensor trifft. Damit soll erreicht werden, dass durch die üblicherweise vorhandene Luftfeuchtigkeit aufgequollene Partikel wieder ihre ursprüngliche Größe erreichen. Dies wird jedoch mit dem Nachteil erkauft, dass flüchtige Stoffe bei diesem Verfahren verdampfen, was ebenfalls das Messergebnis verfälschen kann. Die Wirkung der Feuchtigkeit auf den Feinstaub verfremdet daher die Messergebnisse ebenfalls.

Welches sind die Einflussgrößen der Konzentration?

Bei luftgetragenen Umweltschadstoffen hat i.d.R. die „Wetterlage“ den größten Einfluss auf die momentan am Messort herrschende Konzentration. Hierbei ist unter Wetterlage die an einem konkreten Ort und seiner Umgebung herrschende physikalische Zusammensetzung der Atmosphäre in Kombination mit Niederschlag und Wind gemeint.

Gasgleichung

Für das weitere Verständnis muss zunächst eine der grundlegenden Gleichungen, bezogen auf gasförmige Medien, erklärt werden, die Gasgleichung. Sie stellt die Stoffmenge n, den Druck p, das Volumen V, die Gaskonstante Rm und die Temperatur T in Bezug [WIKIP 2]. Sie lautet:

p ∙ V = n ∙ Rm∙ T

Das scheint manchen nicht verständlich, ist aber einfach, wenn man sich z.B. gedanklich einen Schnellkochtopf mit Luft vorstellt. Stellt man ihn auf die heiße Herdplatte, so nimmt in ihm die Temperatur zu, die Menge an Luftmolekülen in ihm und das Volumen des Topfes ändert sich aber nicht. Damit die Therme mathematisch auf beiden Seiten des Gleichheitszeichens jedoch weiterhin denselben Betrag liefern, geht die Erhöhung der Temperatur folglich mit einer Erhöhung des Druckes einher. Das ist eine Beobachtung, die man an einem Schnellkochtopf oder einer Dampfmaschine sofort erkennt.

Stabilität der Atmosphäre

Die Gasgleichung beschreibt die Beziehung von Druck und Temperatur, wenn die anderen Parameter unverändert bleiben. Bewegen wir uns in der irdischen Atmosphäre so wirkt zusätzlich die Gravitation auf die Luft. Das führt mit steigender Höhe zu einer Abnahme des Luftdrucks.

Durch die Gasgleichung ergibt sich, dass mit abnehmendem Druck auch die Temperatur abnimmt. Handelt es sich um Luft, dessen relative Feuchtigkeit unter 100% liegt, also Luft, in der keine Kondensation auftritt, nimmt die Temperatur um 0,976 °C je 100 m Höhe ab. Dies ist der trockenadiabatische Temperaturgradient und wird international in Kelvin anstatt Celsius angegeben mit 0,976 K/100 m.

Kommt es hingegen zur Kondensation, so wird Kondensationswärme frei und die Abkühlung mit der Höhe fällt geringer aus (feuchtadiabatisch) [WIKIP 3].

Zeigt die Luft in der Atmosphäre bei einer Messung eine dieser Gradienten entsprechende Temperaturabnahme, spricht man von einer neutralen Schichtung.

Durch verschiedene Prozesse in der Atmosphäre kann die Luft jedoch einen anderen Temperaturverlauf zeigen. Im Sommer, wenn die Luft in den bodennahen Schichten durch solar aufgeheizte Flächen von unten her erhitzt wird, zeigt sie häufig einen stärkere Temperaturabnahme mit der Höhe. Sie weist dann eine labilen Schichtung auf und wird stark durchmischt. In ihr eingebrachte Abgase werden rasch verteilt. Die über einer Asphaltdecke an einem heißen Sommertag „kochende“ Luft verbildlicht dies deutlich.

In den Wintermonaten hingegen kann die Temperaturabnahme mit der Höhe schwächer sein. Im Extremfall kann die Temperatur mit der Höhe sogar zunehmen. In diesem Fall spricht man von einer Inversionswetterlage (invers = umgekehrt) und die Atmosphäre weist eine extreme Stabilität auf. Schadgase werden kaum verteilt und können sich, sofern kaum Winde herrschen oder der Ort in einer Kessellage liegt, bodennah anreichern [WIKIP 4]. Dies ist aus Stuttgart oder auch Hagen bekannt.

Die Abbildung 7 verdeutlicht den Zustand der stabilen Schichtung. In ihr hat die Atmosphäre einen Temperaturgradienten, der kleiner als der trockenadiabatische Gradien ist. Ein Luftpacket, welches sich in dieser Atmosphäre bewegt (z.B. aufsteigt) verändert sich aber entsprechend des trockenadiabatischen Gradienten. Ab einem bestimmten Punkt ist das Luftpacket kälter und damit schwerer als die umgebende Luft und es wird dabei nach unten gedrückt, bis es wieder leichter ist. Das Luftpacket pendelt somit bei einer bestimmten Höhe ein. Es liegt stabil in der Atmosphäre.

Abbildung 7: Temperaturverlauf bei stabiler atmosphärischer Schichtung

Anhand Abbildung 8 ist eine Inversion in der Höhe gegeben. Bei dieser besonderen Situation liegt die wärmere Luftschicht wie ein Deckel auf der kälteren. Schadgase reichern sich unter ihr an.

Abbildung 8: Beispiel einer Inversionswetterlage

Wind

Wind entsteht durch Druckunterschiede in der Atmosphäre. Die Windgeschwindigkeit ist dabei abhängig von dem Druckunterschied und der Entfernung zweier Punkte unterschiedlichen Druckes.

Außerdem besteht eine Abhängigkeit von der Höhe über Grund und der Beschaffenheit des Grundes, der sogenannten Rauhigkeitslänge. Je glatter eine Oberfläche ist, desto ungehinderter kann die Luft sich bewegen und der Wind wird nur wenig abgebremst.

Ist die Oberfläche zerklüfteter, z.B. auch durch Gebäude, wird der Wind stärker abgebremst. So ergeben sich je nach Oberfläche andere Rauhigkeitslängen und somit andere bodennahe Windgeschwindigkeiten.

Man erkennt an Abbildung 9, dass mit zunehmender Rauhigkeitslänge die Windgeschwindigkeit in Bodennähe abnimmt. In der Innenstadt, wo wegen der oft hohen Gebäude die Rauhigkeitslänge einen Wert von ca. 1 hat, ist der Wind stark abgebremst und seine positive Wirkung, die Stadt mit Frischluft zu versorgen und für eine Durchmischung der Luft zu sorgen, wird minimiert.

Abbildung 9: Windprofil in Abhängigkeit von der Rauhigkeitslänge Z0

Niederschlag

Bei der Einflussgröße Niederschlag muss hinsichtlich der unterschiedlichen Niederschlagsarten unterschieden werden. Schnee und Hagel habe eine andere Wirkung als Regen. Plakativ lässt sich sagen, dass Regen die Luft wäscht. So belegen Studien, dass Regen die Feinstaubkonzentration (PM10) senkt und das dieser Effekt auch einige Tage nach dem Regenereignis messbar ist [LUBW2007].

Kritik und Diskussion

Die Messmethode des Projektes und die der staatlicher Stellen liefern basierend auf einer Partikelanzahl und Größe jedoch eine Masse bezogen auf Volumen als Messergebnis (μg/m³). Dies ist ungenau, da die Zusammensetzung des Staubs unbekannt ist und ein einzelnes Partikel leicht oder schwer sein kann. Die Ermittlung der Masse beruht hierbei also auf einer angenommenen Zusammensetzung des Feinstaubs.

Auch die in Europa gesetzten Grenzwerte sind massebezogene Grenzwerte. Dies muss grundsätzlich hinterfragt werden. Insbesondere, weil die Wirkung über den Atemweg bis hinein in die Blutbahn auf einen Partikel beruht und daher die Partikelanzahl als Messgröße und Grenzwert viel aussagekräftiger wäre und eine bessere Beurteilung der Situation ermöglichen würde.

Berechtigterweise steht der motorisierte Individualverkehr aber auch der Schwerlastverkehr beim Thema Feinstaub im Fokus. Im innerstädtischen Bereich sind nahe der Hauptverkehrsadern hohe Konzentrationen zu finden.

Dennoch darf nicht vergessen werden, dass auch die intensive Landwirtschaft mit ihrer Ausbringung von Gülle und darüber Freisetzung von Ammoniak zu einer hohen Verursachung von sekundären Feinstäuben führt. Diese werden wetterbedingt auch in die Städte transportiert.

45.000 Menschenleben pro Jahr sind eine Aufforderung an jeden, über sein Verhalten nachzudenken und… es zu ändern. Sie als Autofahrer, als Fleischesser, als Konsument, mündiger Bürger und Wähler haben es in der Hand.

Über den Autor

Diplom Umweltwissenschaftler Frank Heuer studierte in den 90er Jahren an der damaligen Universität Gesamthochschule Essen (UGH Essen), der heutigen Universität Duisburg Essen. Er verfügt daher über grundsätzliche Kenntnisse aus dem Bereich der Klimatologie.

Durch Mitwirkung am Lehrstuhl für Angewandte Klimatologie der UGH Essen von Prof. Dr. Wilhelm Kuttler weist er Kenntnisse zu den Themen Stadtklimatologie und Lufthygiene aus.

Zusätzlich verfügt er als IT-Mitarbeiter in einem Unternehmen der Umweltbranche über Programmierkenntnisse und Projekterfahrung im IT-Umfeld. Er ist Autor einer auf Python basierenden Open Source Bibliothek zur Steuerung des im Projekt verwendeten Feinstaubsensors SDS011 [GITLAB2017].

Er ist Mitglied des Netzwerkes ruhrmobil-E e.V.

Kontakt: frank.heuer@heuerhome.de

Webseite: http://www.heuerhome.de

Quellangaben und Literaturhinweise

[LUBW2007]: Einflussgrößen auf die zeitliche und räumliche Struktur der Feinstaubkonzentrationen, Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg, Juli 2007 http://www4.lubw.baden-wuerttemberg.de/servlet/is/20250/feinstaubeinfluesse_endfassung.pdf?command=downloadContent&filename=feinstaubeinfluesse_endfassung.pdf

[WIKIP 1]: Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Aerodynamischer_Durchmesser abgerufen 10.04.2017

[UBA 1]: Graphik der PM10 Emissionen, Umweltbundesamt, https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/384/bilder/dateien/2_abb_staub-pm10-emi-quellkat_2016-06-20.pdf abgerufen 23.04.2017

[DUH 1]: Deutsche Umwelthilfe zu sekundärem Feinstaub durch Ammoniak, http://www.duh.de/projekte/ammoniak/ abgerufen 10.04.2017

[IASS 1]: IASS fAct Sheet 1/2016 Institute for Advanced Sustainability Studies (IASS) Potsdam, June 2016 http://www.duh.de/fileadmin/_migrated/content_uploads/IASS_fact_sheet_01_2016_ammonia.pdf abgerufen 10.04.2017

[LUNG 1]: Was ist eine Staublunge, Lungenärzte im Netz, https://www.lungenaerzte-imnetz.de/krankheiten/staublunge/was-ist-eine-staublunge/ abgerufen 10.04.2017

[LANUV 1]: Gesundheitliche Wirkungen von Feinstaub und Stickstoffdioxid im Zusammenhang mit der Luftreinhalteplanung, LANUV 10/2010, https://www.lanuv.nrw.de/fileadmin/lanuv/gesundheit/schadstoffe/gesundheitliche_wirkungen.pdf abgerufen 10.04.2017

[LANUV 2]: Feinstaubkohortenstudie Frauen in NRW, Fachberichte LUA NRW 7/2005, https://www.lanuv.nrw.de/fileadmin/lanuv/gesundheit/pdf/fachbericht7_luanrw.pdf abgerufen 10.04.2017

[WIKIP 2]: Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Thermische_Zustandsgleichung_idealer_Gase abgerufen 26.04.2017

[UBA 2]: Gesundheitsrisiken der Bevölkerung in Deutschland durch Feinstaub, Umweltbundesamt, https://www.umweltbundesamt.de/daten/umweltgesundheit/gesundheitsrisiken-der-bevoelkerung-in-deutschland#textpart-1 abgerufen am 10.04.2017

[MICRO 1]: A Primer on Particle Sizing by Static Laser Light Scattering, MicromeriticsInstrument Corp, http://www.particletesting.com/Repository/Files/A_Primer_on_Particle_Sizing_by_Static_Laser_Light_Scattering.pdf abgerufen 10.04.2017

[WIKIP 3]: https://de.wikipedia.org/wiki/Atmosph%C3%A4rischer_Temperaturgradient abgerufen 26.04.2017

[WIKIP 4]: https://de.wikipedia.org/wiki/Schichtungsstabilit%C3%A4t_der_Erdatmosph%C3%A4re abgerufen 26.04.2017

[ GITLAB2017]: https://gitlab.com/frankrich/sds011_particle_sensor abgerufen 17.07.2017

Informationsseite des Umweltbundesamtes zum Thema Feinstaub: https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe/feinstaub

Abbildungen ohne Quellangabe von Frank Heuer